地源熱泵原理在空調節能方面的研究

李榮平

（中國船舶重工集團公司第七一六研究所 江蘇連云港 222061）

隨著我國社會經濟的發展，居民生活質量的提高，采暖和空調的使用已經占據建筑總體消耗的一半以上，在夏季天氣比較熱的時候，很多電網的用電高峰期的負荷強度大約有1/3左右是用在空調的制冷方面，導致很多地方的用電狀況比較緊張。這就使得研究人員開始重視地源熱泵技術在空調節能方面的應用，因為其不會受到氣候因素或者地域因素的限制，比傳統的能源更加的及節能、高效。

1 地源熱泵原理在空調節能方面的作用

地源熱泵系統主要是根據地下的巖土當作一個穩定的蓄熱體，能夠把地下淺層的資源和熱能，通過高位能源把低溫位能轉移到高溫位能，從而實現冬季取暖、夏季制冷的目的，具備非常大的社會效益以及經濟效益，屬于一項“綠色空調技術”。

1.1 社會效益

縱觀我國的傳統能源結構主要是依照礦物作為燃料，尤其是煤炭，更是我國能源結構的重要組成部分。礦物炭燒導致很多污染物的產生，這是地球溫室效應產生的重要原因。在空調節能方面應用地源熱泵原理，能夠非常有效的減少傳統供熱以及空調對于大氣的污染程度，屬于一項于國于民都有利的綠色工程。

1.2 經濟效益

對于地源熱泵系統來說，能夠實現對整個建筑物的供熱以及制冷，還能提供相應的生活用水，可以達到一機多用的效果。一套地源熱泵系統能夠取代傳統的鍋爐以及制冷機等兩套系統和裝置。當系統比較緊湊的情況下，就可以不用再使用鍋爐房以及冷卻塔，很大程度上節省了建筑空間，還能實現建筑的美觀、大方。依據以前建筑項目的經驗可以看出，地源熱泵的運行費用不高，其應用所增加的投資在五年到十年的期限能一般都能收回。在整個應用周期內，地源熱泵的平均使用費用要比傳統的空調系統低很多。事實上，地源熱泵空調系統其經濟性跟多種因素相關，地區不同、地質條件不同、能源結構的不同可以影響其經濟性。

2 地源熱泵在空調節能方面中的運用

地源熱泵空調設計屬于一個相對比較完整的系統，專業化和科學化的設計能夠保證空調系統的舒適性。要想體現中工程中空調的節能以及工程的時尚性，最關鍵的部分就是要把握好設計方面的因素、施工方面的因素以及運行和調試方面的因素，其中比較關鍵的環節當屬設計。

2.1 建筑物系統的勘察

當決定實施地源熱泵的形式之前，就要對整個工程現場施工的資料進行掌握，也就是現場的勘測工作。首先，要對建筑物的設計文件進行仔細的了解，其次是對水文地質方面的勘察。對于整個土壤地源熱泵管地熱交換器來說，只要挖一個大約3～5m的坑基本就能實現，要了解靠近地表處的圖紙中是不是存在巨石。而應用垂直樣式的地熱交換器，需要鉆深孔，要記錄好相應的格式。

2.2 地下巖土熱物性參數的檢測

地源熱泵土壤換熱器運用中的一個非常重要的依據就是地下巖土的熱物性能的參數，要保證這個參數是準確可靠的，不能出現負荷不足的狀況以及規模比較大的狀況，以免造成浪費。就傳統的方法來看，要想確定巖土中熱物性的參數主要是通過進行鉆孔取樣來對周圍的地質結構進行分析，除此之外，U型管的材料、具體的埋管方式等都會對換熱器的換熱能力產生一定的影響。

2.3 熱泵機組的選擇

我們以建筑物的中央空調使用為例，在選擇地泵機組的時候要選擇地源熱泵專用機組。當前市場上很多使用者會把地源熱泵以及水環熱泵、水源熱泵等混作一體。所以，在機組選型的時候一定要標注好具體的使用條件。就地源熱泵機組夏季制冷的工況來看，蒸發器中冷凍水的進水溫度一般在12～7℃，冷凝器冷卻水的進出循環的水溫大約為25～30℃。冬季制熱的時候，蒸發器的進出循環水的溫度大約是8～3℃。

2.4 換熱器地埋管的選材

在空調中應用地源熱泵原理的時候，選地埋管的管徑在φ20mm～φ50mm 時，以PE100—SDR11—φ32(GB/T13663—2000)為最佳。選擇換熱器管材管徑的時候要盡可能滿足三個方面的原則：一個原則是管道要保證足夠保持泵的最小的輸送功率，這樣能夠相應的減少運行的費用；另一個原則是管道要小到足夠使管道內保持紊流來保證循環液體以及館內壁之間的傳熱，最后一個原則是系統環路的長度盡量不要太長。地源熱泵管的具體管徑在選擇的時候要根據U型管所需要的長度來進行選擇，這樣能夠進一步減少埋管接頭的數量，當前采用比較多的是直徑為PE80—SDR11—φ32的土壤地源熱泵管。而且地源熱泵換熱器在埋管的時候，如果條件允許，盡可能采用100m～400m的深孔埋管，這樣能夠保證地源熱泵技術在空調節能方面的效果。

3 結語

綜上所述，要實現我國經濟的可持續發展，就要注重開源節流，還要注重一些可再生能源的利用。我國地域遼闊，蘊藏著非常多的地淺層的地能資源。可以因地制宜的運用地源熱泵技術和原理，這樣能夠進一步提高低溫地熱資源的利用率，還能減少傳統暖通空調技術的局限，具備非常重要的實際價值，在能源節約以及防止環境污染方面的意義重大。

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